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Di r ecci ó n:Di r ecci ó n: Biblioteca Central Dr. Luis F. Leloir, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires. Intendente Güiraldes 2160 - C1428EGA - Tel. (++54 +11) 4789-9293 Co nta cto :Co nta cto : digital@bl.fcen.uba.ar Tesis Doctoral Estudio de la contaminación deEstudio de la contaminación de aguas subterráneas por métodosaguas subterráneas por métodos geofísicos e hidrogeológicosgeofísicos e hidrogeológicos Boujón, Pamela Silvana 2014-11-14 Este documento forma parte de la colección de tesis doctorales y de maestría de la Biblioteca Central Dr. Luis Federico Leloir, disponible en digital.bl.fcen.uba.ar. Su utilización debe ser acompañada por la cita bibliográfica con reconocimiento de la fuente. This document is part of the doctoral theses collection of the Central Library Dr. Luis Federico Leloir, available in digital.bl.fcen.uba.ar. It should be used accompanied by the corresponding citation acknowledging the source. Cita tipo APA: Boujón, Pamela Silvana. (2014-11-14). Estudio de la contaminación de aguas subterráneas por métodos geofísicos e hidrogeológicos. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Cita tipo Chicago: Boujón, Pamela Silvana. "Estudio de la contaminación de aguas subterráneas por métodos geofísicos e hidrogeológicos". Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. 2014-11-14. http://digital.bl.fcen.uba.ar http://digital.bl.fcen.uba.ar mailto:digital@bl.fcen.uba.ar UNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES Facultad de Ciencias Exactas y Naturales Departamento de Ciencias Geológicas Estudio de la contaminación de aguas subterráneas por métodos geofísicos e hidrogeológicos Tomo 1 Tesis presentada para optar al título de Doctora de la Universidad de Buenos Aires en el área Ciencias Geológicas Pamela Silvana Boujon Directores de tesis: Dra. Pomposiello María Cristina Dr. Schulz Carlos Consejero de estudios: Dra. María Julia Orgeira Lugar de trabajo: Instituto de Geología y Geocronología Isotópica y Dirección de Geología Ambiental y Aplicada, Servicio Geológico Minero Argentino (SEGEMAR) Buenos Aires, 2014 Estudio de la contaminación de aguas subterráneas por métodos geofísicos e hidrogeológicos - 1 - Estudio de la contaminación de aguas subterráneas por métodos geofísicos e hidrogeológicos RESUMEN El objetivo de esta Tesis ha sido la investigación, mediante la aplicación de métodos geofísicos e hidrogeológicos de la incidencia del relleno sanitario (RSU) situado en Gualeguaychú - Entre Ríos, Argentina. Para lograr los objetivos se estudió el modelo hidrogeológico de la cuenca del Arroyo El Cura, que posiblemente es afectado por el RSU. Luego se evaluó dicho modelo circunscripto al RSU constituyendo la escala local de la Tesis. Finalizada dicha etapa, se evaluó el alcance de la metodología geofísica para la detección de la pluma de contaminación en el predio municipal. También, la definición del modelo hidrogeológico en el RSU, facilitó la comprensión de los procesos regentes; la confirmación de la contaminación en el agua subterránea por monitoreos y la elección de sitios para instalar las estaciones geofísicas. La aplicación de las tomografías eléctricas (TE) para la detección de daños ambientales en el RSU, en determinadas condiciones hídricas, fue exitosa en la mayor parte de los resultados, aunque con algunas limitaciones. Una de la más importante fue la heterogeneidad en la textura de los sedimentos y, en algunos casos puntuales, el incremento anómalo en las resistividades del modelo en niveles arcillosos. Asimismo, se logró distinguir la variación temporal del lixiviado dentro de la basura. Por otra parte se llega a la conclusión que los sondeos eléctricos verticales mostraron mejores condiciones que el uso del georradar, pero la información fue menor que en las TE. Palabras claves: Modelo de resistividad, Hidrogeología, Contaminación, Relleno Sanitario, Gualeguaychú. Estudio de la contaminación de aguas subterráneas por métodos geofísicos e hidrogeológicos - 2 - Study of the pollution of groundwater by geophysical and hydrogeological methods SUMMARY The objective of this PhD thesis was to investigate, through the application of geophysical and hydrogeological methods, the incidence of the sanitary landfill (USL) located in Gualeguaychu - Entre Rios, Argentina. To achieve these objectives the hydrogeological model of the basin of Arroyo del Cura, which is possibly affected by the USL, was studied. Subsequently this limited model was evaluated at the USL, thus composing the local scale of the thesis. At the end of this stage, the reach of the geophysical methodology for the detection of the contamination was assessed in the municipal area. The definition of the hydrogeological model in the USL also facilitated the understanding of the leading processes; the confirmation of contamination in the groundwater by monitoring and the selection of sites to install geophysical stations The application of electrical topographies (ET) for the detection of environmental damage in the USL, in certain water conditions, was successful in the majority of the results, although with some limitations. One of the most important was the heterogeneity in sediment texture and, in some specific cases, the abnormal increase in the resistivity of the model on clay levels. Moreover it was possible to distinguish the temporal variation of the leachate in garbage. Additionally the conclusion reached was that the vertical electrical probes showed a better condition than the use of the georadar, but the information obtained was less than that of the ET. Keywords: Resistivity model, Hidrogeology, Contamination, Landfill, Gualeguaychú. Estudio de la contaminación de aguas subterráneas por métodos geofísicos e hidrogeológicos - 3 - AGRADECIMIENTOS Esta Tesis ha sido posible gracias a la colaboración del Instituto de Geocronología y Geología Isotópica (INGEIS-CONICET-UBA) y al Servicio Geológico Minero -SEGEMAR – Instituto de Geología y Recursos Minerales –IGRM - Dirección de Geología Ambiental y Aplicada (DGAA). Un especial agradecimiento a la Doctora Cristina Pomposiello quien estuvo siempre, acompañándome en los buenos momentos y alentándome para atravesar situaciones críticas que atravesó esta Tesis. Con el mismo grado de agradecimiento al Doctor Carlos Schulz quien gustosamente aceptó dirigir mi Tesis, ayudándome a sintetizar y concluir exitosamente las distintas temáticas abordadas en este estudio. Al Lic. Omar Lapido y al Lic. Roberto Page quienes permitieron y apoyaron continuamente la realización de esta Tesis. A la Doctora y Amiga Romina Sanci por estar siempre brindándome su apoyo profesional y “espiritual” en todos los momentos atravesados durante el desarrollo de este estudio. Al personal del INGEIS: al personal técnico, Gabriel Giordanengo y Eduardo Llambías por el apoyo en las tareas de campo. Un particular agradecimiento a la Ing. Agr.Liliana Marbán y al Dr. Hector Panarello por sus maravillosos aportes en las temáticas de suelos e isótopos abordados en esta Tesis. Al la Dra. Cristina Dapeña y al Dr. Hector Ostera que siempre se presentaron dispuestos a ayudarme. A mis compañeros de la DGAA-SEGEMAR quienes me “prestaron sus oídos”, me aconsejaron y me apoyaron durante todo el período de esta Tesis. Especial agradecimiento por la colaboración a la Dra. Daniela Villegas y Lic. Irma Rivas. Por sus consejos prácticos y aportes valiosos al Dr. Fernando Peryera y al señor Sergio Soplan por la ayuda técnica en trabajo de campo. A la Lic. Manuela Elissondo (compañera de oficina) que me apoyó y colaboró durante los momentos conflictivos de la Tesis. Estudio de la contaminación de aguas subterráneas por métodos geofísicos e hidrogeológicos - 4 - Al Lic. Gabriel Candaosa, geógrafo, quien con buena predisposicióneditó los mapas. A las personas e Instituciones de la ciudad de Gualeguaychú quienes me bridaron su tiempo y colaboración durante la realización de esta investigación: - Dirección de Medio Ambiente de Gualeguaychú: Directora Noelia Indart por otorgarnos la autorización para acceder al predio municipal y particular agradecimiento a la Técnica en Salud Ambiental María de los Ángeles Gómez “Pitu” quien colaboró y ayudó gustosamente en todos los pedidos de permisos y tareas de campo. - Al personal (ingeniero) de la Cooperativa de Consumo de Electricidad y Afines de Gualeguaychú Ltda. y al personal (ingenieros) de Obras Sanitarias por la gentileza y ayuda desinteresada que permitieron la realización de los ensayos de bombeo y la obtención de datos de población. Y a todos los habitantes ubicados en el area de estudio, quienes con buena predisposición y colaboración me abrieron sus puertas y accedieron a las mediciones y monitoreos en los molinos ubicados en sus chacras. Un especial agradecimiento al Sr. “Lalo” y su esposa que con excelente predisposicón y gentileza me permitieron monitorear el nivel estático en el pozo situado en el patio de su casa. Para finalizar, un especial agradecimiento a mis familiares por su comprensión y apoyo durante el desarrollo de esta Tesis. Estudio de la contaminación de aguas subterráneas por métodos geofísicos e hidrogeológicos - 5 - A los gualeguaychuenses Estudio de la contaminación de aguas subterráneas por métodos geofísicos e hidrogeológicos - 6 - ÍNDICE RESUMEN-----------------------------------------------------------------------------------------------------------1 ABSTRACT---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 2 AGRADECIMIENTOS----------------------------------------------------------------------------------------------3 DEDICATORIA------------------------------------------------------------------------------------------------------5 CAPITULO 1. INTRODUCCION 1.1. Motivación---------------------------------------------------------------------------------------------------16 1.2.- Ubicación----------------------------------------------------------------------------------------------------16 1.3.- Antecedentes científicos-------------------------------------------------------------------------------- 19 1.3.1.-Geología, Geomormofología y Edafología----------------------------------------------------19 1.3.2.-Estructura y Tectónica regional-----------------------------------------------------------------24 1.3.3.-Hidrogeología--------------------------------------------------------------------------------------- 26 1.3.4.-Geofísica----------------------------------------------------------------------------------------------26 1.4.-Características demográficas y económicas---------------------------------------------------------28 1 5.- Objetivos---------------------------------------------------------------------------------------------------- 31 1.6.- Métodos y técnicas---------------------------------------------------------------------------------------32 CAPITULO 2. MARCO HIDROLÓGICO REGIONAL 2.1. HIDROGRAFÍA-----------------------------------------------------------------------------------------------39 2.1.1.-Antecedentes---------------------------------------------------------------------------------------------39 2.1.2.-Metodología----------------------------------------------------------------------------------------------39 2.1.3. Cuencas hidrográficas----------------------------------------------------------------------------------40 2.1.3.1.-Cuenca del Arroyo El Cura--------------------------------------------------------------------------40 2.1.3.2.-Cuenca del Arroyo El Sauce----------------------------------------------------------------------- -44 2.1.3.3.-Cuenca del Arroyo La Capilla-----------------------------------------------------------------------44 2.2.- CLIMA------------------------------------------------------------------------------------------------------ - 45 2.2.1. Precipitación-------------------------------------------------------------------------------------------- -45 2.2.2. Temperatura--------------------------------------------------------------------------------------------- 50 2.2.3. Otras Variables------------------------------------------------------------------------------------------ 52 2.2.4. Clasificación--------------------------------------------------------------------------------------------- -56 2.3.- ESTRUCTURA Y GEOLOGÍA -----------------------------------------------------------------------------57 1 2 3 5 16 16 19 19 24 26 26 28 31 32 39 39 39 40 40 44 44 45 45 49 50 51 52 Estudio de la contaminación de aguas subterráneas por métodos geofísicos e hidrogeológicos - 7 - 2.3.1.- Estructura-------------------------------------------------------------------------------------------------57 2.3.1.1.-Proterozoico y Paleozoico--------------------------------------------------------------------------58 2.3.1.2- Mesozoico----------------------------------------------------------------------------------------------61 2.3.1.3. Cenozoico-----------------------------------------------------------------------------------------------65 2.3.2.- Geología---------------------------------------------------------------------------------------------------66 2.3.2.1.-Características de las perforaciones de interés realizadas en la Cuenca Chacoparanense--------------------------------------------------------------------------------------------------69 2.3.2.2- Desarrollo de unidades estratigráficas-----------------------------------------------------------70 2.3.2.3.-Propuesta sobre la correlación de las unidades estratigráficas----------------------------84 2.3.2.4.-Mapa Geológico---------------------------------------------------------------------------------------85 2.4.- GEOMORFOLOGÍA Y SUELOS---------------------------------------------------------------------------85 2.4.1.- Geomorfología------------------------------------------------------------------------------------------85 2.4.1.1.- Descripción de las unidades geomorfológicas en el área de la cuenca-----------------87 2.4.2.- Suelos------------------------------------------------------------------------------------------------------90 2.5.- HIDROLOGÍA SUBTERRÁNEA REGIONAL-------------------------------------------------------------91 2.5.1.- Antecedentes--------------------------------------------------------------------------------------------91 2.5.2.- Hidroestratigrafía del área de estudio-------------------------------------------------------------92 2.6.- BALANCE HÍDRICO----------------------------------------------------------------------------------------99 2.6.1.- Metodología---------------------------------------------------------------------------------------------99 2.6.2.- Balance Edáfico-----------------------------------------------------------------------------------------99 2.6.3.- Balance Generalizado--------------------------------------------------------------------------------107 CAPITULO 3. HIDRODINÁMICA DEL SISTEMA ACUÍFERO 3.1.- ANTECEDENTES------------------------------------------------------------------------------------------119 3.2.- INVENTARIO DE POZOS DE AGUA-------------------------------------------------------------------120 3.3.- FLUJO LATERAL-------------------------------------------------------------------------------------------120 3.4.- EVOLUCIÓN TEMPORAL DE NIVELES: FLUJO VERTICAL-----------------------------------------125 3.5.- PROFUNDIDAD ------------------------------------------------------------------------------------------131 3.6.-. ENSAYOS HIDRÁULICOS-------------------------------------------------------------------------------1333.6.1.- Acuífero Pampeano-----------------------------------------------------------------------------------134 3.6.2.- Acuífero Salto Chico----------------------------------------------------------------------------------140 52 53 54 55 56 59 60 68 69 69 69 71 74 75 75 76 83 83 83 90 95 96 96 101 107 109 110 116 Estudio de la contaminación de aguas subterráneas por métodos geofísicos e hidrogeológicos - 8 - 3.7- RECARGA------------------------------------------------------------------------------------------------ 3.7.1. Balance Hídrico del agua a nivel edáfico---------------------------------------------------------144 3.7.2. Análisis de fluctuaciones freatimétricas----------------------------------------------------------145 3.7.3. Discusión de los resultados--------------------------------------------------------------------------147 3.8 VULNERABILIDAD------------------------------------------------------------------------------------------148 CAPITULO 4. CARACTERIZACIÓN HIDROQUÍMICA 4.1. OBJETIVOS Y METODOLOGÍA------------------------------------------------------------------------------- 4.2. MÉTODO DE ANÁLISIS DE AGUAS (LABORATORIO DE INTEMIN – SEGEMAR) ------------156 4.3. CARACTERIZACIÓN HIDROGEOQUÍMICA-----------------------------------------------------------158 4.3.1. Conductividad eléctrica-------------------------------------------------------------------------------158 4.3.2. Sólidos Disueltos Totales-----------------------------------------------------------------------------161 4.3.3. Alcalinidad Total----------------------------------------------------------------------------------------162 4.3.4.-Dureza Total---------------------------------------------------------------------------------------------163 4.3.5. Gas disuelto: Oxígeno Disuelto---------------------------------------------------------------------165 4.3.6. Cloruros---------------------------------------------------------------------------------------------------167 4.3.7. Sulfatos---------------------------------------------------------------------------------------------------170 4.3.8. Nitratos y Nitritos--------------------------------------------------------------------------------------173 4.3.9. Sodio------------------------------------------------------------------------------------------------------175 4.3.10. Calcio----------------------------------------------------------------------------------------------------178 4.3.11. Potasio-------------------------------------------------------------------------------------------------180 4.3.12. Magnesio-----------------------------------------------------------------------------------------------182 4.3.13. Fluoruros-----------------------------------------------------------------------------------------------183 4.3.14. Litio------------------------------------------------------------------------------------------------------185 4.3.15. Aluminio------------------------------------------------------------------------------------------------186 4.3.16. Componentes Traza. Metales Pesados----------------------------------------------------------186 4.4.-DIAGRAMA DE STIFF-------------------------------------------------------------------------------------190 4.5.-DIAGRAMA DE PIPER------------------------------------------------------------------------------------191 4.6.-DIAGRAMA DE SCHOELLER – BERKALOFF----------------------------------------------------------193 4.7.-APTITUD PARA RIEGO-----------------------------------------------------------------------------------193 4.8.-HIDROQUÍMICA DEL ARROYO EL CURA-------------------------------------------------------------194 119 120 121 123 124 131 132 134 134 137 138 139 141 142 145 147 149 152 153 154 155 157 157 157 162 163 164 165 166 Estudio de la contaminación de aguas subterráneas por métodos geofísicos e hidrogeológicos - 9 - CAPITULO 5. ISÓTOPOS 5.1. INTRODUCCIÓN-------------------------------------------------------------------------------------------199 5.2. ANTECEDENTES------------------------------------------------------------------------------------------- 199 5.3. METODOLOGÍA--------------------------------------------------------------------------------------------200 5.4. RESULTADOS-----------------------------------------------------------------------------------------------201 CAPITULO 6. MARCO HIDROGEOLÓGICO LOCAL 6.1. ANTECEDENTES-------------------------------------------------------------------------------------------208 6.2. GEOLOGÍA -------------------------------------------------------------------------------------------------210 6.2.1. Perfiles relevados en el área de estudio----------------------------------------------------------210 6.2.2. Predio Irazusta------------------------------------------------------------------------------------------211 6.2.3. Predio Aguilar-------------------------------------------------------------------------------------------215 6.2.4. Discusión y Estratigrafía propuesta para el área de estudio---------------------------------217 6.2.5. Conclusiones sobre la propuesta estratigráfica para la unidad litoestratigráfica pliocena-----------------------------------------------------------------------------------------------------------221 6. 3. GEOMORFOLOGÍA Y SUELOS--------------------------------------------------------------------------223 6.3.1. Geomorfología------------------------------------------------------------------------------------------223 6.3.2. Suelos-----------------------------------------------------------------------------------------------------224 6. 4. BALANCE HÍDRICO EDÁFICO---------------------------------------------------------------------------234 7. HIDRODINÁMICA DEL RELLENO SANITARIO MUNICIPAL 7.1. METODOLOGÍA--------------------------------------------------------------------------------------------240 7.2. FLUJO LATERAL--------------------------------------------------------------------------------------------241 7.3. FLUJO VERTICAL-------------------------------------------------------------------------------------------244 7.4. PROFUNDIDAD--------------------------------------------------------------------------------------------248 7.5. PARÁMETROS HIDRÁULICOS-------------------------------------------------------------------------- 252 7.5.1. Metodología-------------------------------------------------------------------------------------------- 252 7.5.2. Resultados-----------------------------------------------------------------------------------------------252 7.6. RECARGA---------------------------------------------------------------------------------------------------253 7.6.1. Metodología--------------------------------------------------------------------------------------------254 7.6.2. Resultados---------------------------------------------------------------------------------------------- 257 170 170 171 172 177 179 179 180 184 186 190 192 192 193 194 198 199 202 206 210 210 210 211 212 215 Estudio de la contaminación de aguas subterráneas por métodos geofísicos e hidrogeológicos - 10 - 7.7. HIDROQUÍMICA-------------------------------------------------------------------------------------------259 7.7.1. Antecedentes------------------------------------------------------------------------------------------- 259 7.7.2. Metodología---------------------------------------------------------------------------------------------260 7.7.3. Caracterización Hidroquímica-----------------------------------------------------------------------261 7.7.3.1. Conductividad eléctrica y Salinidad Total------------------------------------------------------261 7.7.3.2. pH--------------------------------------------------------------------------------------------------------2667.7.3.3. Sólidos Disueltos Totales---------------------------------------------------------------------------266 7.7.3.4. Alcalinidad Total------------------------------------------------------------------------------------- 267 7.7.3.5. Cloruros------------------------------------------------------------------------------------------------268 7.7.3.6. Sulfatos-------------------------------------------------------------------------------------------------269 7.7.3.7. Nitratos y Nitritos------------------------------------------------------------------------------------269 7.7.3.8. Sodio----------------------------------------------------------------------------------------------------270 7.7.3.9. Calcio--------------------------------------------------------------------------------------------------- 271 7.7.3.10. Potasio------------------------------------------------------------------------------------------------272 7.7.3.11. Magnesio---------------------------------------------------------------------------------------------273 7.7.3.12. Fluoruros---------------------------------------------------------------------------------------------274 7.7.3.13. Elementos Trazas---------------------------------------------------------------------------------- 275 7.8. DIAGRAMA DE PIPER------------------------------------------------------------------------------------ 276 7.9. DIAGRAMA DE SCHOELLER – BERKALOFF-----------------------------------------------------------278 7.10.- EVIDENCIAS DE CONTAMINACIÓN-----------------------------------------------------------------280 7.10.1. Agua subterránea-------------------------------------------------------------------------------------281 7.10.2. Suelos----------------------------------------------------------------------------------------------------284 7.10.2.1. Análisis de background del sitio de estudio------------------------------------------------- 285 CAPITULO 8. INTRODUCCIÓN A LOS MÉTODOS GEOFÍSICOS 8.1. PROPIEDADES DE LA RESITIVIDAD ELÉCTRICA Y NATURALEZA DE LAS ROCAS------------ 295 8.1.1. Resistividad de suelos y rocas-----------------------------------------------------------------------295 8.2. PROPIEDADES DE LA RESISTIVIDAD ELÉCTRICA--------------------------------------------------- 297 8.2.1. Factores Geológicos---------------------------------------------------------------------------------- 297 8.3. MÉTODO GEOELÉCTRICOS------------------------------------------------------------------------------301 8.4. DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS-------------------------------------------------------------------------301 217 217 218 219 219 224 224 225 226 227 227 228 229 230 231 232 233 234 236 238 239 243 243 253 253 255 255 259 259 Estudio de la contaminación de aguas subterráneas por métodos geofísicos e hidrogeológicos - 11 - 8.4.1. Dispositivo Wenner------------------------------------------------------------------------------------302 8.4.2. Dispositivo Dipolo-Dipolo----------------------------------------------------------------------------302 8.5. TÉCNICAS Y EQUIPOS------------------------------------------------------------------------------------303 8.5.1. Tomografía Eléctrica -2D. Técnica------------------------------------------------------------------303 8.5.1.1. Pseudosección----------------------------------------------------------------------------------------305 8.5.1.2. Tomografía Eléctrica -2D. Equipo----------------------------------------------------------------306 8.6. PROCESAMIENTO DE DATOS GEOFÍSICOS----------------------------------------------------------308 8.6.1. Modelo directo e inversión--------------------------------------------------------------------------308 8.6.2. Programa de modelado-------------------------------------------------------------------------------309 8.6.2.1. DCINV2D-----------------------------------------------------------------------------------------------309 8.6.2.2. RES2DINV. Versión 3.59----------------------------------------------------------------------------310 8.6.2.3. Estadística del error de la RMS-------------------------------------------------------------------312 8.6.2.4. Valores de la sensibilidad de los datos---------------------------------------------------------313 8.7. LÍMITES DE LA UTILIZACIÓN DE MÉTODOS GEOFÍSICOS----------------------------------------314 8.7.1. Factores Geofísicos------------------------------------------------------------------------------------314 8.7.2. Factores Geológicos-----------------------------------------------------------------------------------315 CAPITULO 9. RESULTADOS GEOFÍSICOS 9.1. PRIMER ETAPA: MÉTODOS GEOELÉCTRICOS; SONDEO ELÉCTRICO VERTICAL Y GEORRADAR-----------------------------------------------------------------------------------------------------317 9.1.1. Antecedentes geofísicos previos-------------------------------------------------------------------317 9.1.2. Relleno sanitario pasivo------------------------------------------------------------------------------320 9.1.2.1. Exterior (Terreno natural): Aguas arriba del relleno sanitario----------------------------320 9.1.2.2. Exterior (Terreno natural): Aguas abajo del relleno sanitario----------------------------322 9.1.2.3. Exterior – Interior: Aguas arriba del relleno sanitario--------------------------------------326 9.1.2.4. Interior-------------------------------------------------------------------------------------------------329 9.1.3. Análisis e interpretación de los modelos---------------------------------------------------------331 9.2. SEGUNDA ETAPA: TOMOGRAFÍAS ELÉCTRICAS--------------------------------------------------- 336 9.2.1. Trabajo de campo--------------------------------------------------------------------------------------336 9.2.2. Resultados-----------------------------------------------------------------------------------------------338 260 260 261 261 263 264 266 266 267 267 268 270 271 272 272 273 275 275 279 279 281 285 288 290 295 295 297 Estudio de la contaminación de aguas subterráneas por métodos geofísicos e hidrogeológicos - 12 - 9.2.2.1. Descripción de los modelos 2D obtenidos para las Tomografías Eléctricas-----------338 9.2.2.2. Análisis y respuesta del método geofísico en el sitio de estudio-------------------------375 9.2.2.3. Respuesta de porcentaje de arcillas, Humedad equivalente vs. Conductividad eléctrica-----------------------------------------------------------------------------------------------------------378 9.2.3. Interpretación de las TE------------------------------------------------------------------------------ 381 CAPITULO 10. DISCUSIÓN 10.1 Esquema general del funcionamiento hidrogeológico de la cuenca del Arroyo El Cura------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 10.2. Esquema general de funcionamiento hidrogeológico en el predio municipal-----------394 10.3. Resultados geofísicos----------------------------------------------------------------------------------396 CAPITULO 11. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 11.1. Conclusiones---------------------------------------------------------------------------------------------403 11.2. Recomendaciones--------------------------------------------------------------------------------------406 BIBLIOGRAFÍA---------------------------------------------------------------------------------------------------409 297 330 334 337 347 351 353 361 364 367 CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN Índice 1.1. Motivación 1.2. Ubicación. 1.3. Antecedentes científicos. 1.3.1. Geología, Geomormofología y Edafología 1.3.2. Estructura y Tectónica regional 1.3.3. Hidrogeología 1.3.4. Geofísica 1.4. Características demográficas y económicas. 1 5. Objetivos.1.6. Métodos y técnicas. Capítulo N° 1: Introducción - 14 - El agua es un recurso natural esencial para el desarrollo de la vida humana. Las principales fuentes de extracción son los cuerpos de agua superficiales y los embalses subterráneos. Los acuíferos son formaciones geológicas o estratos que permiten la circulación del agua por sus poros o grietas. La explotación del agua del subsuelo se efectúa generalmente mediante perforaciones, por lo que el recurso así obtenido puede satisfacer la demanda de abastecimiento a poblaciones, industrias, riego de cultivos o simplemente cubrir las necesidades hídricas a nivel domiciliario rural. Las principales limitaciones para su aprovechamiento son las características de la formación geológica portadora y transmisora, la profundidad a que se encuentra y la calidad (fisicoquímica y bacteriológica) del agua. La calidad depende tanto de factores naturales como antrópicos. Los primeros están vinculados al Ciclo Hidrológico y los segundos a la acción del hombre sobre el recurso La importancia que tienen las aguas subterráneas es una realidad conocida que viene cobrando cada vez mayor relevancia por el creciente aumento de demanda para las distintas actividades a la que se ve sometida, que en muchas ocasiones supera la oferta disponible. A partir de estos conceptos vemos la necesidad de tener un profundo conocimiento de la hidrogeología para comprender los procesos modificadores que se dan por la acción del hombre. Una de la más importante es la instalación de vertederos de residuos sólidos urbanos (RSU) ya que son considerados como elementos de elevado riesgo ambiental por la producción del lixiviado que se forma cuando el agua circula a través de la basura. Si a esta situación le agregamos que se sitúan en áreas con escaso conocimiento hidrogeológico se problema se agrava. El agua existente en un RSU deriva de dos fuentes principales. Una es la que se infiltra de la lluvia y la otra es la contenida en los residuos en el propio vertedero. Cuando el líquido se mueve a través del relleno puede transportar compuestos orgánicos e inorgánicos, algunos de elevada toxicidad, tales como plaguicidas, hidrocarburos, sustancias medicinales y metales pesados. El lixiviado proveniente de estos residuos, con una salinidad y contenido en sustancias contaminantes elevados, Capítulo N° 1: Introducción - 15 - pueden migrar formando una pluma contaminante y llegar a cuerpos de aguas superficiales y/o subterráneas; con la consiguiente pérdida de calidad de las mismas. El avance de esta problemática en el mundo conlleva al desarrollo de nuevas metodologías que resuelvan de manera sencilla los distintos escenarios. Por eso la aplicación de métodos no convencionales en este tipo de contaminación es un avance en la materia, fundamentalmente cuando se pretende integrar a la hidrogeología disciplinas como la geofísica, hidrogeoquímica, hidroquímica, isotopía y otras. Habitualmente, el estudio de este tipo de contaminación se basa en pocos datos hidrogeológicos obtenidos en puntos de muestreo situados en las inmediaciones del vertedero. Sin embargo, el número de datos disponible suele ser insuficiente para determinar la extensión de la pluma de contaminación y predecir su evolución futura. A todo esto hay que sumarle que estos sitios de deposición final de residuos no han sido construidos siguiendo los mecanismos de ingeniería moderna de los rellenos sanitarios que pretenden reducir sus impactos negativos en el medio ambiente. En la actualidad, los rellenos sanitarios están compuestos básicamente por una depresión en el terreno, cubierta por una membrana inferior impermeable (para impedir que el lixiviado llegue a los acuíferos), un sistema de recolección de lixiviados, un sistema de recolección de gases y una cobertura superior que en general, es una capa de suelo de textura arcillosa de baja permeabilidad. No necesariamente todos estos elementos están presentes en todos los rellenos sanitarios. Por todo esto, la zona en cuestión que se pretende estudiar a través de esta Tesis, necesita de un conocimiento hidrológico regional en primer lugar y luego profundizar en particular las áreas problemáticas que puedan ocasionar contaminaciones puntuales. Esta Tesis pretende desarrollar un estudio sistémico con la finalidad de suplir la falta de información espacial y temporal en los vertederos de RSU, que permita evaluar la contaminación de los mismos basándose en la aplicación de métodos geofísicos e integrando esta información a la proporcionada por los datos geológicos, hidrogeológicos, hidroquímicos e isotópicos. Capítulo N° 1: Introducción - 16 - 1.1. MOTIVACIÓN Considerando las múltiples interacciones ambientales entre los diversos factores del medio físico y social respecto a la contaminación de aguas subterráneas derivada de un vertedero de residuos sólidos urbanos, se intenta aplicar diversas técnicas de prospección geofísica para obtener información detallada del subsuelo para evaluar la distribución espacial de la pluma de contaminación. La motivación en la aplicación de tomografías eléctricas se fundamenta en su capacidad de identificar las variaciones físico-químicas del terreno de forma no invasiva y con bajo costo; así se puede evitar la perforación del relleno que puede traer consecuencias mucho peores, debido al riesgo de incrementar la contaminación. De esta manera se pretende evaluar el alcance de esta metodología, a partir del modelo conceptual definido para el área de estudio. Al mismo tiempo, se proyecta que la información generada en el presente trabajo sea de aplicación directa en trabajos de ordenamiento territorial, destacándose en este sentido, los beneficios potenciales para la comunidad. De este modo, los resultados previstos podrán constituir un valioso aporte para la toma de decisiones tanto para planes de remediación como en la mejora de los aspectos sanitarios de la población. 1.2. UBICACIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO El sitio de Disposición final de Residuos Sólidos Urbanos (RSU) está localizado a 5 Km al sur de la ciudad de Gualeguaychú, provincia de Entre Ríos, República Argentina, y se circunscribe específicamente a la cuenca del Arroyo El Cura y zonas aledañas (Figura N° 1.1 a y b). El acceso a la provincia de Entre Ríos desde Buenos Aires se realiza por el Puente Ferrovial-Zárate-Brazo Largo y la Ruta Nacional Nº 12 hasta Ceibas, donde se conecta en dirección norte por la Ruta Nacional Nº 14 hasta el acceso a la ciudad. La ciudad de Gualeguaychú se ubica en el sector sudoriental de la mencionada provincia, a los 33°00’36,9” Latitud Sur y 58°30’40’’ Longitud Oeste y en las proximidades de la confluencia del río homónimo y el Río Uruguay. (Figura Nº 1 en Capítulo N° 1: Introducción - 17 - Anexo 1). El camino desde la ciudad hasta el RSU es por el Acceso Sur General Artigas hasta la terminal de ómnibus y hacia el sur por la calle Julio Irazusta a unos 2,78 Km. La cuenca del Arroyo El Cura, se extiende entre los paralelos de 32°58’56” y 33°07’29”de latitud Sur y meridianos de 58°39´37” y 58°26’37” de longitud Oeste. Ocupa en forma parcial el Departamento Gualeguaychú y cubre un área de 418 km2. El sitio de estudio corresponde al relleno pasivo y el área de estudio se encuentra entre los paralelos de 33°02’37,2” y 33°03’18,2”de latitud Sur y meridianos de 58°32´41,5” y 58°31’30,7” de longitud Oeste. Se extiende ocupando un área de 2,35 Km2 entre el campo Irazusta y el campo Fazzio, situado próximo a la confluencia del arroyo del Cura con el río homónimo (Figura Nº 1.1.c) Capítulo N° 1: Introducción - 18 - Figura N° 1.1 a, b y c. Ubicación del área de estudio. Capítulo N° 1: Introducción - 19 - 1.3.- ANTECEDENTES CIENTÍFICOS 1.3.1.-Geología y Geomormofología Las primeras descripciones geológicas, estratigráficasy paleontológicas de la Región Pampeana fueron realizadas por diversos naturistas de origen europeo. Estos estudios constituyeron la base de la geología presente en la región. Los primeros conocimientos de la geología de la Llanura Pampeana, destacan a los trabajos de D’Órbigny (1842), Darwin (1846), Bravard (1858), Moussy (1860), Doering (1882), entre otros. Posteriormente, el naturista argentino, Florentino Ameghino comenzó a trabajar en la región. En sus trabajos, Ameghino (1889, 1898, etc.) realiza un esquema estratigráfico que aún, en lineamientos generales, permanecen en vigencia. En el siglo XX, numerosos investigadores realizaron nuevos estudios profundizando y ampliando en forma notable los conocimientos geológicos de la región; entre ellos, merecen ser mencionados a Frenguelli que en 1920 realiza un trabajo llamado “Contribución al conocimiento de la Geología de Entre Ríos” y sus posteriores trabajos (1933, 1947, 1950,1955 y 1957). Otros autores fueron: Cordini (1949), en su trabajo titulado “Contribución al conocimiento de la Geología Económica de Entre Ríos”, describió detalladamente varios afloramientos y testigos de pozos en la provincia de Entre Ríos brindando un valioso aporte al conocimiento del subsuelo manteniendo la base estratigráfica de Frenguelli. Para la segunda mitad del siglo XX, con metodologías actualizadas y nuevos métodos de dataciones, numerosos autores abordaron el estudio de la geología de la región considerada. Siendo los más destacados Teruggi (1957) y Gonzales Bonorino (1965) por sus estudios acerca de las características del loess pampeano. Asimismo, Pascual (1965) y colaboradores, Tonni et al, 1999 y colaboradores realizaron estudios faunísticos y paleoambientales, además, establecieron edades mamífero para la región. Rimoldi (1962) describió los lineamientos generales de la estratigrafía de la zona de Salto Grande (Uruguay). Posteriormente, junto a Gentili en 1979, realizaron Capítulo N° 1: Introducción - 20 - una descripción muy detallada de los terrenos aflorantes en la Mesopotamia, los que abarcan desde el Cretácico hasta los aluviales más recientes. Padula (1972), describe las relaciones estratigráficas en el subsuelo y las fases de movimientos tectónicos registrados en dichas sucesiones. Aceñolaza (1976, 1980, 1996, 2000) realizó una importante contribución al conocimiento de la bioestratigrafía sobre el Terciario marino de Entre Ríos. Fidalgo (1979 75 o 78) y colaboradores avanzaron en la caracterización y datación de las distintas unidades cuaternarias. Iriondo en su trabajo de1980 describió el Cuaternario de la Provincia de Entre Ríos, aportando nuevos datos y corroborando el esquema estratigráfico existente con el que discrepa casi totalmente con la estratigrafía descripta por Gentili y Rimoldi en su trabajo publicado en 1979 sobre la geología de la Mesopotamia. En este trabajo, Iriondo menciona 5 unidades formacionales y un grupo formacional como consecuencia de una evolución geológica de origen climático. Además, propone la creación formal de 3 unidades (Formación El Palmar, Formación Tezano Pintos y Formación Punta Gorda). En 1996, el mismo autor, presenta “Estratigrafía del Cuaternario de la Cuenca del Río Uruguay”, en el que describe distintos fenómenos ocurridos en el sistema fluvial durante el Plioceno y Pleistoceno inferior. Identificó episodios y formaciones geológicas anteriores al Plioceno; principalmente para Misiones y Brasil como formación de grandes meandros en el tramo superior del río; incisión de los meandros en rocas basálticas; sedimentación; probable migración del Paraná a la cuenca del río Uruguay y formación de costras ferruginosas. Sin embargo, para las provincias de Entre Ríos y Corrientes no identificó los episodios y formaciones mencionadas; iniciando su correlación a partir del Plioceno con la Formación Salto. Además, reconoce tres estadíos isotópicos vinculados a distintos intervalos de la última glaciación de Sudamérica. Bertolini en 1995 realizó el mapa geológico de la Provincia de Entre Ríos a escala 1:500.000 otorgando un gran conocimiento a la geología entrerriana. Capítulo N° 1: Introducción - 21 - Para el siglo XXI, se puede citar a la Hoja Geológica Gualeguaychú 3360-IV realizada por Pereyra et al, 2002, quien adoptó el criterio de designar a los depósitos diferenciados con un nombre que haga referencia a la génesis del depósito y su edad relativa, asimismo, realiza una correlación con las formaciones definidas por distintos autores para la zona abarcada de la Hoja. Los diversos trabajos realizados en la provincia entrerriana, que ampliaron en forma notable el conocimiento sobre la geología, produjo heterogeneidades de nombres formacionales a los distintos afloramientos del cuaternario según los criterios utilizados. Por esta razón, se realizó un cuadro estratigráfico a modo de facilitar la lectura y cotejo de las formaciones. Capítulo N° 1: Introducción - 22 - Tabla N° 1.1: Cuadro estratigráfico según Rimoldi (1962); Gentili y Rimoldi (1972); Iriondo (1980); Bertolini (1995); Iriondo (1996) y Pereyra et al, 2001. Capítulo N° 1: Introducción - 23 - Actualmente, la Dirección de Geología Ambiental y Aplicada correspondiente al Servicio Geológico Minero Argentino se encuentra realizando una base de datos con registros de perforaciones de pozos hidrogeológicos del todo el país. Los registros consultados se detallan a continuación: - Obras Sanitarias de la Nación. Expendiente Nº 4.281-P41. Plano Perf. Nº 446 Sistema Percusión por cable. Capacidad perforante 250 m. Perforación Nº 1: Localidad: Irazusta, provincia de Entre Ríos, 1.943. Profundidad final: 82,48 metros. - Obras Sanitarias de la Nación. E xpediente Nº 6.669-P-1.942. Perforación. Nº 447. Sistema Percusión por cable. Capacidad perforante 250 m. Localidad: Galarza, provincia de Entre Ríos, 1943. Pozo Nº 1. Profundidad final: 44,54 m - Ministerio de Agricultura. Dirección General de Minas, Geología e Hidrología. Perfil Nº 367. Perforación Nº 1. Sistema “Holandes”. Capacidad perforante 600 m. Localidad Gualeguaychú, provincia de Entre Ríos, 1.918. Profundidad final: 230 m. - Estación de Ferrocarril de Entre Ríos (F.C.E.R). Plano Nº 2511/4. Perforación Nº 1. Localidad: Estación F.M. Parera, provincia de Entre Ríos, 1.918. Profundidad final: 33 m. Trabajos de aspectos más locales en el sector de estudio se pueden citar a: Benitez J. C. y Mársico, D. P., 1998. “Contribución al conocimiento del subsuelo de Entre Ríos El Pozo Gualeguaychú -1“. XV Congresos Geológico Argentino, El Calafate, 2002. En este trabajo, los autores realizan una interpretación estratigráfica de la perforación realizada en cercanía de la ciudad de Gualeguaychú. Mársico, D., 2004, realiza un informe técnico, Geológico y Ambiental de la perforación Gualeguaychú 2, Entre Ríos (A.ER.Xpgychu-2) en el Ente Regulador de los Recursos Termales de la Provincia de Entre Ríos. Asimismo, Silva Busso Busso, A., 1999 en su tesis doctoral realiza una reinterpretación de la perforación Gualeguaychú -1 descripta previamente por Benitez y Mársico en 1998. Capítulo N° 1: Introducción - 24 - 1.3.2.-Estructura y Tectónica regional Las contribuciones estructurales y tectónicas existentes en el área de estudio cuenta principalmente con estudios realizados a escala regional y provincial (1:1.000.000; 1: 250.000 respectivamente) y son escasos los trabajos estructurales de detalle. El tectonismo proterozoico, paleozoico y mesozoico fue descripto principalmente por Padula, E y Minngramm, A. (1968) y Padula (1972) que describieron el subsuelo de la Mesopotamia relacionando las distintas fases de movimientos tectónicos con la estratigrafía de la región e identificaron estructuras a partir de métodossísmicos de reflección y reflacción. Groeber (1961) determinó las profundidades del basamento cristalino, mientras que Chebli y Spaletti (1987) demostraron que la secuencia sedimentaria para la cuenca mesopotámica comenzó en el período triásico. Trabajos más recientes, como Garrasino, C. y Rezoagli, G., 2008 realizaron una contribución de los aspectos estratigráficos y tectónicos para el sistema Acuífero Guaraní aportando nuevos datos acerca de los rasgos tectónicos principalmente mesozoicos y en menor medida para los movimientos neógenos. El tectonismo cenozoico fue caracterizado por numerosos trabajos a partir de interpretaciones estratigráficas, entre ellos, cabe mencionar a Lambert en Cordini (1949) y Frenguelli (1920) que reconocieron movimientos neotectónicos. Sin embargo, y debido al carácter poco competente de los sedimentos terciarios que enmascaran la presencia de estructuras mayores en superficie y sus edades son motivo de controversia entre los diferentes autores. Padula (1972) en su trabajo señala la importancia del tectonismo Andino en la estratigrafía de la región mesopotámica cuyos sedimentos neógenos, fueron afectados en su base por la 1° fase del ciclo andino y posterior erosión impresa por una discordancia en la base del Neógeno y una 2° fase del ciclo ándico en el techo del mismo. Sin embargo, y de acuerdo a los estudio con sísmica de reflexión y refracción realizados en la provincia de Entre Ríos, no se han evidenciado fallas que afectaran a los basaltos de Serra Geral, ya que no han comprobado la existencia de lineamientos Capítulo N° 1: Introducción - 25 - que señalen los cursos de los ríos Paraná, Gualeguay y Gualeguyachú en el ámbito de la Mesopotamia. Por otro lado, Pereyra et al, 2002 sugiere que debido a las diferencias marcadas en las profundidades de aparición del basamento, la distribución del basalto Serra Geral e, incluso unidades más modernas indicaría posibles reactivaciones de las fallas prexistentes en tiempos recientes aun cuaternarios. Asimismo, sostiene que la geomorfología en áreas de llanuras es la principal evidencia de actividad tectónica. Continuando con la misma línea de pensamiento de Pereyra et al, 2002, el trabajo de Garrasino et al, 2008 también sostiene que a partir de la existencia de una falla directa evidenciada en el Norte y centro de Entre Ríos, llamado “escalón estructural Colón-Villa Elisa” en el mesotriásico, parecería alinearse con partes septentrionales de la Cuchilla Grande y haber controlado el curso del río Gualeguaychú. Es importante mencionar que en la mayoría de la bibliografía consultada, con respecto al tectonismos Proterozoico y Mesozoico, no se han encontrado justificaciones concretas a excepción de Padula (1972) y Garrasino (2008) que realizaron sísmica de reflexión y refracción para el primero y gravimetría para el segundo autor, en la provincia de Entre Ríos. Debido a esto, se decidió aceptar estos trabajos como bibliografía de consulta para esta Tesis, principalmente para la tectónica de estos períodos. Para el Neógeno existen numerosos trabajos realizados que se tuvieron en cuenta para realizar la caracterización estructural del área de estudio. Respecto a estudios geomorfológicos y edafológicos realizados en el área de estudio se pueden citar a Pereyra et al, 2009 en el trabajo de la Hoja de Peligrosidad Geológica, Gualeguaychú a escala 1:250.000 donde realiza una descripción detallada de las unidades geomorfologicas y suelos asociados a éstas presentes en la Hoja. Asimismo, el INTA en el año 2006, realiza la carta de suelos de la República Argentina, en el Departamento Gualeguaychú a escala 1:100.000. Capítulo N° 1: Introducción - 26 - 1.3.3.-Hidrogeología Datos bibliográficos del funcionamiento hidráulico en el ámbito de estudio son inexistentes, sin embargo existen trabajos en ámbitos hidrogeológicos similares que pueden ser considerados para el ámbito de estudio; como los informes realizados para Entre Ríos por Auge y Santi (2002 y 2003) y Auge et al, 2005. Asimismo, el informe realizado para el CFI en el año 2002 por el Dr. Auge, en el sector central oriental de la provincia de Entre Ríos en los departamentos de Concordia, Villaguay, Uruguay y Gualeguaychú y en su totalidad a Colón, constituyó un gran aporte al conocimiento del modelo hidrogeológico en el sector considerado. Otra gran contribución al conocimiento de la hidrología subterránea en la provincia de Entre Ríos fueron los trabajos realizados por Filí et al, 1994 y Filí, 2001 donde realiza una síntesis hidrogeológica identificando unidades y subunidades hidrogeológicas para el noroeste de la mencionada provincia. 1.3.4.-Geofísica Métodos geofísicos han sido considerados muy útiles para localizar los límites de los rellenos sanitarios, determinar el espesor del mismo, así como también, para la identificación y la propagación de la contaminación generada por los residuos a través del lixiviado en el agua subterránea y la caracterización de las propiedades de los materiales (tipos de sedimentos porosidad, grado de saturación de agua y concentración de sales disueltas). Esta metodología ha sido utilizada en varias partes del mundo con este objetivo. Entre las principales contribuciones que hay en la literatura, se destacan: Meju (2000) y referencias citadas en el mismo, porque él sintetiza muy claramente los alcances de estos estudios. No solo describe un modelo conceptual de la resistividad eléctrica en los rellenos sanitarios sino que también propone relaciones muy útiles entre la conductividad eléctrica y parámetros hidroquímicos. A partir de análisis químicos realizados en agua subterránea contaminada por la presencia de lixiviados en diferentes regiones geográficas se ha establecido que la conductividad eléctrica determinada en estudios geoeléctricos tiene una fuerte correlación lineal con Capítulo N° 1: Introducción - 27 - el total de sólidos disueltos (STD) y con el contenido de cloruro disuelto (Cl-). Además, Farquhar (1989) y Meju (2000) señalan que la composición del lixiviado varía con la edad del relleno y que para rellenos recientes el contenido de ácidos orgánicos, amonios y STD son altos, pero a partir de la biodegradación de la masa en el tiempo, la concentración de esos parámetros decrece. Es decir que conociendo estos valores, se puede estimar la edad del relleno sanitario. Otro trabajo interesante para ser tomado como antecedente es el de Aristodemou y Betts (2000), quienes estudiaron con métodos geofísicos la contaminación de un sitio de disposición final y su medio en Gran Bretaña. Además, presenta un método para determinar la conductividad hidráulica a partir de la resistividad eléctrica obtenida en los estudios geoeléctricos y la porosidad obtenida a través de la Ley de Archie. En Brasil, Porsani et al, 2004, delimitaron la pluma de contaminación de un relleno sanitario en el estado de San Pablo utilizando GPR y SEV. En Argentina, Dietrich et al, 2009 realiza un estudio de tomografía eléctrica para caracterizar a la zona no saturada utilizando distintos espaciamientos electródicos en inmediaciones de la localidad de Azul, Buenos Aires utilizando la configuración dipolo-dipolo con espaciamiento entre electrodos de 15 cm, 30 cm y 50 cm y teniendo en cuenta la humedad del suelo. Los resultados obtenidos fueron óptimos, demostrando que para alcanzar profundidades de 5 m se necesita un espaciado de 50 cm y que el método responde a las diferentes condiciones de humedad. Orgeira et al, 2004 realizó un relevamiento magnetométrico terrestre como un estudio piloto en el relleno sanitario de la ciudad de Gualeguaychú y de acuerdo al modelado realizado con estos datos por Prezzi et al, 2005 descartaron la presencia de tambores enterrados conteniendo elementos tóxicos. La guía “Electrical imaging surveys for environmentaland engineering studies” elaborada por el Dr. Loke, M.H. (1997, 1999 y 2000) describe y explica con claridad los modelos 1 D, 2 D y 3D de los registros eléctricos. Asimismo, la metodología empleada muestra una tabla de resistividades patrón para rocas, minerales y elementos químicos. Capítulo N° 1: Introducción - 28 - Estudios geofísicos aplicados en el sitio de RSU de la ciudad de Gualeguaychú se realizaron entre el 2004 y 2006 en el marco de un proyecto multidisciplinario de la Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica. Fondo para la Investigación Científica y Tecnológica (FONCyT) por Pomposiello et al, 2004; 2005a; 2005b; 2007; 2008 y 2009. Se realizaron 18 tomografías geoeléctricas situadas en el interior y exterior del vertedero. Asimismo, y a partir de esta información geofísica, Boujon et al, 2011 relacionó los valores de resistividad obtenidos en los modelos geofísicos con la geología del área del relleno sanitario y la hidrodinámica del agua subterránea; concluyendo con la necesidad de realizar nuevos estudios geofísicos con menor apertura de electrodos en el arreglo Dipolo-Dipolo para lograr una mayor distinción o resolución a profundidades más cortas que las relevadas en los trabajos previos. Estudios de sondeos eléctricos verticales (SEV) y georradar también fueron realizados en el área del basural (Pomposiello et al, 2007) obteniendo resultados similares entre los SEV y las tomografías. Con respecto a los resultados de los perfiles de georradar, para la autora, se obtuvo una clara respuesta de la altura del nivel del agua para esa época del año. 1.4.- Características Demográficas y Económicas Los datos estadísticos que se mencionan a continuación, derivan de diferentes fuentes oficiales pertenecientes a la ciudad de Gualeguaychú debido a que no se obtuvo información detallada del área de estudio del Instituto Nacional de Estadística y Censos (INDEC) para los datos del censo 2010. Así, se consultaron a la Cooperativa de Consumo de Electricidad y Afines de Gualeguaychú Ltda., al Instituto Autártico de Planeamiento y Vivienda, Provincia de Entre Ríos (IAPV) y a la Dirección de Viviendas, Secretaría de Planeamiento de la Municipalidad de Gualeguaychú. La ciudad de Gualeguaychú presenta 80.614 habitantes (Censo, 2010) siendo el ejido de la ciudad el más densamente poblado. La cuenca del Arroyo El Cura, ocupa una parte del conosur y un sector chico del área rural de dicha ciudad. Capítulo N° 1: Introducción - 29 - El sector urbano ocupa un 24,5 % del área de la cuenca y corresponde desde la divisoria superficial norte hasta la Calle de Las Tropas (Dirección de Planeamiento, Municipalidad de Gualeguaychú); abarcando una superficie efectiva aproximadamente de 23 Km2 y el área rural se extiende, a partir de la calle mencionada hacia el sur, ocupando el 75,5% restante (Figura N° 1.2). En relación a la cantidad y distribución demográfica, el conosur de la cuenca, presenta 21.424 habitantes, distribuidos en barrios provinciales y municipales y sólo 576 habitantes en el área rural, siendo la mayoría cuidadores de estancias y chacras. En relación a los aspectos económicos y de producción, la ciudad de Gualeguaychú presenta numerosos establecimientos ganaderos; importantes instalaciones de tambos y emprendimientos avícolas. Los principales cultivos del departamento son el arroz, el maíz, la soja y en menor medida el sorgo. Otra actividad es la horticultura bajo cubierta y al aire libre. En el sector de la cuenca en estudio, las actividades más importantes radican en la ganadería y cultivo de maíz y soja de pequeños emprendimientos y campos destinados al pastoreo. Respecto a las industrias, la mayoría de las plantas fabriles se ubican en el Parque Industrial Gualeguaychú (PIG). El mismo se ubica en la ruta Nacional N°14 Km a 8,4 Km de la ciudad y próximo de la divisoria oeste de la cuenca. En el lugar funcionan fábricas de detergentes, de silicatos, secado de madera, reciclado de papel y plásticos y pastillas potabilizadoras de agua, entre otras. Prácticamente la totalidad del agua utilizada por el PIG, proviene del agua subterránea a través de perforaciones que captan del Acuífero Salto Chico. En el parque existe una batería de perforaciones, 5 de los cuales fueron censados en el trabajo Boujon et al, 2005. Los mismos presentan caudales promedios de 60 m3/h y profundidad final de 90 m. Otras industrias menores, son emprendimientos chicos de embotellado de agua para consumo a partir de la extracción de agua subterránea del acuífero Salto Chico. La mayor actividad económica se centra en el rubro del turismo a partir del denominado “Carnaval del País” que se desarrolla anualmente; y a aguas termales, como Complejo Termal Gualeguaychú Almeida situado a 2,5 Km de Pueblo Belgrano y Capítulo N° 1: Introducción - 30 - a 3 Km al este de la ciudad, que extrae agua de la Fm Yaguarí? / Buena Vista, de edad Pérmica a 815 m de profundidad. Respecto a la red de saneamiento, la red cloacal cubre casi en su totalidad al ejido urbano de la ciudad; no siendo así, en ciertos sectores del conurbano y careciendo en su totalidad en el ámbito rural. El organismo encargado de la distribución de agua potable a la población es Obras Sanitarias (OS) y el abastecimiento principal de agua proviene del río Gualeguaychú. La ciudad y sus alrededores, cuenta con una batería de perforaciones provinciales de agua subterránea. La extracción de agua de pozos es una alternativa para aquellos barrios que no se encuentran en red o cuando existe mayor demanda en el consumo especialmente en los meses de verano. Los pozos provinciales pertenecientes a OS son antiguos y no cuentan con registros de diseño de construcción. En la mayoría de los casos estos pozos se encuentran conectados a la red, donde el agua es llevada a un acueducto y mezclada con agua de río para su posterior distribución. Algunos pozos, como los más cercanos al arroyo El Cura, no tienen conexión a la red y el agua subterránea pasa directamente a un tanque donde es tratada previamente a su distribución. La profundidad de éstos varían entre 45 m -100 m 80 m-130 m (Boujon et al, 2005). La totalidad del área rural de la cuenca en estudio, emplea agua subterránea para riego y usos domésticos y, en su mayoría, lo hacen aprovechando el agua del acuífero Pampeano y muy pocas estancias, también lo hacen del acuífero Salto Chico. Capítulo N° 1: Introducción - 31 - Figura N° 1.2: Cuenca del Arroyo El Cura, ocupa una parte del conosur y un sector chico del área rural de la ciudad de Gualeguaychú. 1.5.- OBJETIVOS El objetivo de esta Tesis ha sido la investigación, mediante la aplicación de métodos geofísicos e hidrogeológicos, de la incidencia del relleno sanitario (RSU) situado en Gualeguaychú - Entre Ríos, Argentina. Como objetivos específicos: Ajustar el modelo hidrogeológico de la cuenca del Arroyo El Cura, para saber si es afectado por el relleno sanitario de la ciudad de Gualeguaychú. Establecer un modelo hidrogeológico local, circunscripto al predio municipal. Validar el alcance de la metodología geofísica para la detección de la pluma de contaminación en el predio municipal. Capítulo N° 1: Introducción - 32 - 1.6.- MÉTODOS Y TÉCNICAS La tarea de gabinete inicial consistió en la identificación, análisis y evaluación existente vinculada al presente estudio. En el punto 1.3 se efectuó una síntesis de los trabajos geológicos, geomorfológicos, estructura y tectónica, hidrogeológicos y geofísicos más trascendentes, agrupándolos por su correspondiente temática. Al resto se lo mencionará en el texto, incluyéndose las citas correspondientes en el listado bibliográfico. Para elaborar el balance hídrico a nivel edáfico y poder determinar los períodos climáticamente secos y húmedos, se utilizaron los datos deprecipitación y temperatura del período 1969-2011 según la metodología de Thornthwaite y Mather (1957). Asimismo, se consideró el año 2012 para la interpretación de niveles piezométricos. Los datos se obtuvieron de la Estación Aero Gualeguaychú provenientes del Servicio Meteorológico Nacional (SMN). Los registros faltantes, se completaron a partir de datos oficiales del SMN publicados por World Meteorological Organization (WMO). La cartografía básica utilizada para la realización de mapas fueron la hoja topográfica a escala 1:50.000 del IGRM conforme al sistema de proyección Gauss- Kruger, Datum Campo Inchauspe y de las imágenes satelitales LANDSAT y ASTER con resolución espacial de 15 m. Los mapas hidrodinámicos e hidroquímicos de la cuenca se realizaron a partir de las imágenes y hoja topográfica a escala 1:50.000. El mapa geológico, se realizó a partir del análisis de imágenes satelitales, la Hoja Geológica Gualeguaychú 3360-IV a escala 1:250.000 realizada por Pereyra et al, 2002 y posterior ajuste de las unidades geológicas durante el relevamiento en el campo. El mapa geomorfológico de la cuenca se realizó a partir de la base cartográfica de los mapas de suelos y de litología confeccionados a escala 1:250.000 en la Hoja Peligrosidad Geológica de Gualeguaychú (Pereyra et al, 2009) y la carta de suelos del INTA (2006) a escala 1:100.000 del Departamento Gualeguaychú. Capítulo N° 1: Introducción - 33 - Para la elaboración de todos los mapas se utilizaron el software ArcView GIS 3.3 y ArcGis 10 en cual se realizó la digitalización de unidades cartográficas, cálculos de áreas y longitud de los cauces para la hidrografía de la cuenca. La escala gráfica final de los mapas fue de 1:65.000. En el marco de las tareas de campo, se realizaron 6 viajes de campaña al sitio de estudio y se desarrollaron los siguientes trabajos: levantamiento estratigráfico, censo hidrogeológico, ensayos de bombeo, muestreo de suelos, monitoreo y prospección geofísica. Para acceder a la litología aflorante se visitaron las canteras Irazusta, ubicada en el sitio de disposición final de RSU (33º 3’ 5.1” S y 58º 31’ 59.0” O), y Aguilar (33º 6’ 27” S / 58º 29’ 38.3” O) (Figura N° 1.1), y los sectores aledaños a los cursos fluviales. Las tareas de campo consistieron en la observación y descripción de los distintos niveles estratigráficos. Se realizaron análisis químicos in situ de los carbonatos exponiéndolos al ácido clorhídrico. Se extrajeron muestras para ensayos granulométricos y análisis mineralógicos. Las muestras para análisis textural se analizaron en el Laboratorio de Sedimentología del Servicio Geológico Minero Argentino (SEGEMAR) y el análisis cualitativo de minerales en fracción pelítica por difracción de rayos X se realizó en el Centro de Investigación de Geología Aplicada (CIGA) correspondiente al Instituto de Tecnología Minera (INTEMIN-SEGEMAR), donde se prepararon muestras de polvo “no orientadas” y “agregados orientados” (natural, calcinado a 550 ºC y glicolado). El difractómetro usado es modelo X´Pert MPD, con radiación Kα de Cu. El análisis de datos se realizó utilizando el programa High Score Plus de PANalytical. El censo hidrogeológico de campo consistió en identificar las fuentes de agua subterránea existentes (molinos y perforaciones), medir la profundidad del nivel hidráulico y la del pozo, tomar muestras de agua y obtener información adicional como: tipo de pozo y de bomba, capacidad, caudal estimado, acuífero captado, usos del agua, régimen de extracción, etc. Lamentablemente no se encontraron perforaciones que alcancen al acuífero Salto Chico en el ámbito de la cuenca. De esta manera, esta Tesis sólo evaluará el comportamiento hidrogeológico del acuífero Pampeano. Capítulo N° 1: Introducción - 34 - Para la elaboración de los mapas equipotenciales, se eligió una escala de trabajo de semidetalle tratando de cubrir como mínimo, en lo posible 1 pozo cada 4 Km2. Sin embargo, se pudo lograr aumentar la densidad de muestreo, de acuerdo a las posibilidades presentadas en el área, así se logró en algunos casos medir 1, 2, 3 y hasta 4 molinos por cuadrícula (4 Km2). Los monitoreos posteriores se realizaron a 1 pozo cada 16 Km2 en diferentes condiciones hídricas especialmente para detectar variaciones en la reserva y en la composición química. Las profundidades finales de los molinos son variables (entre 9 y 33 metros), todos están ubicados en el Acuífero Pampeano. Se midieron las profundidades del agua subterránea con una sonda de nivel de 100 m de longitud y sensor de fondo. Los niveles estáticos fueron referenciados a partir de la hoja topográfica ya citada, a escala 1:50.000. Debido a que la equidistancia es de 2,5 m, las curvas equipotenciales se trazaron con la misma separación. En el ámbito del relleno sanitario municipal (RSU) se realizaron 20 pozos de monitoreo alcanzado hasta una profundidad de 3,30 m. Se encamisaron con PVC y se colocaron prefiltros de grava y tapa en ambos extremos. La ejecución de los freatímetros se realizó dentro del marco Proyecto de Investigación Científica y Tecnológica (PICT)- AGENCIA. El diseño de un perímetro de protección para los freatímetros fue una tarea difícil de realizar, por la entrada y salida continua de los camiones recolectores de basura en el predio. Por consiguiente, algunos de ellos fueron destruidos como el Fr1; Fr2; Fr3, Fr6, Fr8 y posteriormente los Fr14, Fr16, Fr17, Fr18, Fr19, Fr20 y Fr21. Para la realización de la red del flujo subterránea se eligió una escala de detalle realizando los distintos mapas temáticos a escala 1:7.000. En las muestras de agua se registró in situ: temperatura, pH, oxígeno disuelto y conductividad eléctrica, mientras que en laboratorio se efectuaron las determinaciones de los componentes iónicos mayoritarios, minoritarios y elementos trazas en muestras seleccionadas. La conductividad y temperatura se obtuvieron con un conductivímetro Extech Ex Stik EC400 (estandarizado a 25°), el pH con peachímetro Hanna-Checker y OD con oxímetro Hanna HI9142. Capítulo N° 1: Introducción - 35 - Para almacenar el agua y realizar los posteriores análisis físicos - químicos de las muestras se utilizaron frascos de polietileno de alta densidad tipo Nalgene de 1.500 ml de capacidad sin conservantes para los elementos mayoritarios y minoritarios. Para los elementos trazas se agregó 0,1 ml/L de ácido nítrico en cada muestra sin filtrar. En todos los casos, se utilizaron guantes libres de polvo y se conservaron en heladeras portátiles. Se seleccionaron 16 muestras para la determinación de la composición isotópica del agua a partir de isótopos estables (2H y 18 O) en el ámbito de la cuenca y en el relleno sanitario. Las relaciones isotópicas del hidrógeno (2H/1H) y oxígeno (18 O/16 O) se midieron en los laboratorios del INGEIS, CONICET-UBA siguiendo las técnicas de Coleman et al, 1982 y Panarello y Parica (1984) para 2H y 18 O respectivamente. Las mediciones se realizaron en un espectrómetro de masas de triple colector, sistema de introducción múltiple, Finnigan MAT Delta S. Los análisis químicos se efectuaron en laboratorios del INTEMIN. La determinación de sulfatos y cloruros se realizó por cromatografía iónica, la de bicarbonatos por potenciometría, y la de calcio, magnesio, sodio y potasio mediante espectrometría de emisión atómica por plasma inducido. Para precisar los parámetros hidráulicos de los acuíferos, principalmente para el Acuífero Pampeano, se realizaron 7 ensayos de bombeo en pozos y molinos a distintas profundidades y un ensayo en un pozo perteneciente a Obras Sanitarias de la ciudad de Gualeguaychú (OS) para el Acuífero Salto Chico. Los métodos que se emplearon fueron el de Recuperación de Theis & Jacob (1935), método de Boulton/Neuman (1963) para acuíferos libres con drenaje diferido y se comparó con el métodode Hantush (1956) para acuífero semiconfinado. En todos los casos, se aplicó el software AquiferTest 2.5 y se corroboró de forma manual. En el ámbito del predio del relleno sanitario, se realizaron ensayos hidráulicos para determinar la conductividad hidráulica en terreno natural y terreno alterado. El método aplicado fue de Hvorslev (1951). Asimismo, se aplicó el Método de cilindros concéntricos o Método de Müntz para obtener la velocidad de infiltración en terreno removido y cobertura del basural. Ambos métodos se explicaran el capítulo7. Capítulo N° 1: Introducción - 36 - El estudio geofísico se realizó en dos etapas. La primera etapa consistió en evaluar y re interpretar los resultados antecedentes de estudios realizados por Pomposiello, et al, 2004; 2005a; 2005b; 2007; 2008 y 2009. La segunda etapa consistió en nuevas tomografías eléctricas aplicadas a distintas aberturas de electrodos en el sitio de RSU para lograr una mayor resolución y obtener mejor información de las capas más superficiales de los perfiles geoeléctricos ajustado al modelo hidrogeológico definido para el área de estudio. En la segunda etapa, se realizaron 10 tomografías eléctricas. La elección de los sitios para la realización de los perfiles eléctricos fue conforme a la dirección del flujo subterráneo, obtenida a partir de los freatímetros en el predio municipal y en terrenos naturales no influenciados por la contaminación. Asimismo, se consideraron los sitios de las TE elaboradas en la primer etapa. Las mediciones se hicieron empleando un equipo automático de resistividad, dotado por 48 electrodos de acero inoxidable. Se escogieron los arreglos de Dipolo- Dipolo (D-D) y Wenner, utilizándose para cada uno de ellos, y a fin de evaluar el detalle alcanzado por la combinación arreglo-espaciamiento, diferentes distancias entre cada electrodo (“a”): 0,30 y 0,50 m para la configuración D-D y 1 m para la configuración Wenner. El centro de cada perfil de las tomografías se hizo coincidir para los tres perfiles realizados en cada estación. Para optimizar el tiempo en el campo, las tomografía eléctricas TE 7, TE 8 y TE 10 se realizaron con 23 electrodos en el arreglo D-D con “a”= 0,30 m. Para la interpretación de los datos de resistividad aparente obtenidos en el campo se utilizó el programa RES2DINV (Loke, 2002). Este programa determina automáticamente un modelo bidimensional (2D) del subsuelo a partir del conjunto de datos medidos representados como pseudosección de resistividad aparente. Dado que la longitud y profundidad de cada una de las secciones obtenidas difieren en uno y otro caso dependiendo del arreglo y del espaciamiento, se optó por seleccionar algunas de ellas, de manera de poder establecer comparaciones directas. Las secciones correspondiente a los arreglos D-D con 0,30 y 0,50 m de espaciamiento, quedaron reducidas a un máximo de 14,40 m (48 electrodos) y 7,80 m (23 electrodos) Capítulo N° 1: Introducción - 37 - para el primero y de 24 m para el segundo de extensión en superficie y la profundidad alcanzada para el modelo con a= 0,30 varía entre 1,18 – 2,65 m y 2,30 – 5,10 m de profundidad para el modelo con a= 0,50. Los arreglos Wenner quedaron en 48 m de extensión en superficie y entre 7,95 a 8,50 m de profundidad de investigación. El ajuste de los modelos de inversión fue ≤ 10 %. Para observar las características de los perfiles estudiados y así poder interpretar las secciones de resistividad, se realizaron 7 perfiles de suelos simultáneamente con, las tomografías eléctricas y la profundidad de los niveles freáticos. La extracción de las muestras de suelos se realizó con un barreno manual de tipo helicoidal de 2 pulgadas (5 cm) de diámetro y 1.400 mm de largo lo que definió la profundidad total de los perfiles edáficos. El sitio de muestreo fue coincidente con el centro de cada perfil o tomografía eléctrica y la toma de muestras se hizo en tramos de 10 cm de profundidad. La preservación de las muestras fue en bolsas de polietileno, selladas con cinta adhesiva. Se realizaron descripciones de los niveles de suelos extraídos in situ definiendo color, textura, estructura, dureza, adhesividad y plasticidad. La identificación de las concresiones de CO3= se definieron por reacción química de ácido clorídrico. El contenido de humedad se realizó el laboratorio de suelos del INGEIS y la textura, pH, Carbono orgánico, materia orgánica y resistencia de la pasta (Conductividad eléctrica) en el Laboratorio de Análisis de Suelos, Agua y Vegetales de la Facultad de Agronomía – UBA. La tarea de gabinete permanente consistió en analizar, elaborar y volcar la información recopilada, la obtenida en campaña y la derivada del laboratorio, mientras que la de gabinete final, dio lugar al presente trabajo. CAPÍTULO 2 MARCO HIDROLÓGICO REGIONAL Índice 2.1. Hidrografía 2.2. Clima 2.3. Estructura y Geología 2.4. Geomorfología y Suelos 2.5. Hidrología subterránea regional 2.6. Balance hídrico Capítulo 2: Marco Hidrológico Regional - 39 - 2.1.- HIDROGRAFIA 2.1.1.-Antecedentes La Universidad Tecnológica Nacional Regional Concepción del Uruguay realizó un estudio para la descarga de la Planta de Tratamiento de efluentes del Parque Industrial de Gualeguaychú en el Arroyo El Cura en el año 2008. La estación de aforo se ubicó aguas arriba Puente El Tala (Figura N° 2.2) y determinaron un caudal mínimo medio diario anual (QmMDA) para la cuenca, aplicando criterios de regionalización. El QmMDA obtenido fue de 0,021 m3/s en el punto de medición (área 67,54 Km2) y un QmMDA= 0,026 m3/s para el área de la cuenca (84,06 Km2). Respecto a la escorrentía superficial y subterránea, solo se dispone de mediciones de caudal en una estación de aforo en el Río Gualeguaychú, situada en el cruce con la Ruta Provincial N° 39 (EVARSA, Estadística Hidrológica 1997) y una segunda en el Arroyo Yuquerí Grande, con la agravante de que el lapso registrado abarca solamente 4 años (1993/96). Los caudales medios mensuales medidos fueron: extremos de 64,3 m3/s (May. /93) y 0,761 m3/s (Nov. /96) Adoptando los resultados de ambas estaciones y teniendo en cuenta las limitaciones, se puede asumir preliminarmente un índice de escorrentía del orden 15% de la lluvia (Auge et al, 2005). 2.1.2.-Metodología Se definieron 3 subsistemas de la cuenca hidrográfica identificando: un subsistema de erosión o cabecera, donde domina la erosión fluvial y es el que tiene mayor cursos tributarios y mayores gradientes; Subsistema de transporte: donde la erosión fluvial es activa; hay canales y planicie de inundación y gradientes suaves. Subsistema de acumulación o depositación situado en el sector más bajo de la cuenca hasta su colector principal (Tarbuck y Lutgens, 1999). El Coeficiente de Compacidad (o de Gravelius, Kc) se obtuvo a partir de la comparación del perímetro (p) de la cuenca con el del círculo que tuviese su misma superficie. Cuanto más alejado del valor 1 es el Kc, más alargada es la cuenca y el caudal máximo disminuye: Capítulo 2: Marco Hidrológico Regional - 40 - Kc =p / 2√ (πA) La Densidad de Drenaje (Dd) es el conjunto de todos los cursos naturales del agua, permanentes o estacionales por donde discurre las aguas de escorrentía (Li) sobre el área de la cuenca (A): Dd= Σ Li / A Siendo: Cuenca pobremente drenada: Dd ≤ 0.6 km/km2 y bien drenada: Dd ≥ 3 km/km2. La pendiente media se determinó a partir de la tangente del ángulo entre dos puntos de diferentes cotas (cota máxima y mínima) y la distancia que los separa. 2.1.3. Cuencas hidrográficas Las cuencas hidrográficas presentes en el área de estudio, se desarrollan principalmente en la planicie loéssica. Son cuencas exorreicas y su colector principal es el Río Gualeguaychú en el tramo inferior o próximo a su desembocadura con el Río Uruguay. 2.1.3.1.-Cuenca del Arroyo El Cura